面向UUV回收过程的单目视觉导引灯阵跟踪方法

张 伟,潘 珺,宫 鹏,李子轩,郭帅克,高赛博

面向UUV回收过程的单目视觉导引灯阵跟踪方法

张 伟,潘 珺*,宫 鹏,李子轩,郭帅克,高赛博

(哈尔滨工程大学 智能科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001)

无人水下航行器(UUV)在进行水下作业过程中,受到自身可携带载荷和环境的制约,导致其作业时间不能过长和作业距离不能过远,需要在一定时间内回收以供给能量、获得数据并布置新任务。深入研究UUV视觉跟踪问题,对实现UUV快速、准确、安全的回收有着重要意义。基于此,文中对UUV回收的单目视觉多目标跟踪问题进行了研究。以非线性卡尔曼滤波器为基础,提出基于非对称光阵列的UUV回收跟踪方法。首先,对单目摄像机采集的水下图像进行预处理,提取光源阵列的特征信息。其次,初始化目标轨迹,提出了基于非对称L型光源阵列的轨迹确定方法。再次,权衡观测器与滤波器设计了寻优代价矩阵,应用改进的匈牙利算法将检测与目标轨迹相匹配,并根据匹配结果对卡尔曼滤波器的先验结果进行修正。最后,通过水下目标跟踪实验,验证了所提方法的工程有效性。

无人水下航行器; 回收; 多目标跟踪; 单目视觉; 非线性卡尔曼滤波器

0 引言

近年来,随着无人水下航行器(unmanned un- dersea vehicle,UUV)技术[1]的飞速发展,声光导引相结合的回收策略在UUV回收过程中逐渐成为主流。其中,远距离声学导引定位技术已相对成熟[2],而近距离光学导引跟踪的准确性和鲁棒性是当前需要攻克的难题。因此,对水下引导光源目标进行快速稳定的跟踪,具有十分重要的意义。……